9-11 ans Contenu scientifique : sciences de la vie Concepts cible : photosynthèse, énergie, lumière Groupe d âge visé : 9-11 ans Durée de l activité : 2 heures Résumé : Cette étude sur le thème «l hiver arrive sur le campus» a été menée sans mêler les techniques d observation et d expérimentation. Le concept de photosynthèse, sujet de biologie, est traité par une approche intégrée associant la géographie (l axe du globe, les phénomènes naturels), la chimie (la méthode de séparation des structures moléculaires), la physique (l interaction entre lumière et matière) et les beaux-arts (l harmonie des couleurs des plantes lors du changement de saison). Ce projet incite les élèves à adopter une perspective intégrée des sciences. Les élèves comprennent que le concept de photosynthèse, sujet de biologie, est une combinaison de géographie (l axe du globe, les phénomènes naturels), chimie (la méthode de séparation des structures moléculaires), physique (l interaction entre lumière et matière) et beaux-arts (l harmonie des couleurs des plantes lors du changement de saison). Les élèves abordent leur relation avec la connaissance scientifique de manière plus positive et trouvent une opportunité d associer leurs compétences en matière d observation et d expérimentation. Matériel (par groupe) : Des feuilles vertes, jaunes et sèches, des branches fraîches et sèches. De l alcool (25 ml pour chaque mortier) Des papiers filtres Cinq béchers ou verres De la ficelle Objectif : Les élèves comprennent comment la lumière et la chlorophylle interagissent pour provoquer les changements physiologiques que subissent les plantes à chaque changement de saison. L enseignement des sciences à Auteurs : Ayse Oguz-Unver & Songul Sever, Mugla Sitki Kocman University, Turkey Kemal Yurumezoglu, Dokuz Eylul University Izmir, Turkey The content of the present document only reflects the author s views and the European Union is not liable for any use that may be made of the information therein.
1. Réflexion Ce projet s appuie sur des activités menées en classe et hors de la classe. Au cours de la première étape, les élèves sortent à l automne ou en hiver et observent les signes de l hiver (plus particulièrement les arbres qui perdent leurs feuilles). L enseignant demande aux enfants comment les plantes se nourrissent. Puis, afin de découvrir ce qu ils savent déjà, il leur pose la question suivante : «Comment les arbres qui perdent leurs feuilles se nourrissent-ils en hiver?» Plusieurs idées (démarches alternatives) répandues dans les études précédentes ont été présentées : La photosynthèse se produit uniquement dans les feuilles vertes des plantes (par ex. Amir et Tamir, 1994 ; Giordan 1990). La chlorophylle est présente uniquement dans les feuilles vertes des plantes (par ex. Mikkila, 2001). Une plante qui perd des feuilles pendant les mois d hiver ne subit pas la photosynthèse et par conséquent elle est nourrie jusqu au printemps par les minéraux qu elle absorbe dans le sol (par ex. Cañal, P. 1999 ; Ray & Beardsley, 2008). Les plantes tirent leurs nutriments du sol par leurs groupes de branches. À la saison ensoleillée, les plantes se préparent pour l hiver en produisant leurs propres nutriments et en les stockant (par ex. Cañal, P. 1999). Puisque les plantes sont dans la phase obscure de la photosynthèse en hiver, elles n ont pas besoin de chlorophylle. La chute des feuilles n a rien à voir avec les saisons, c est une méthode d excrétion pour les plantes. 2. Recherche Lors de la deuxième phase, les élèves tentent de répondre à la question par leur observation de la nature, à travers une expérience en laboratoire. Un arbre est choisi dans la zone d observation et des feuilles vertes, des feuilles jaunes et des feuilles sèches (Illustration 1), ainsi que des branches fraîches et des branches sèches sont ramassées (Illustration 2), en quantités égales. Illustration 1 : Quantités égales de feuilles vertes («Green Leaves»), jaunes («Yellow Leaves») et sèches («Dry Leaves»), recueillies d un arbre Illustration 2 : Les branches fraîches («Fresh Branch») et sèches («Dry Branch»), recueillies d un arbre
Une chromatographie sur papier est effectuée dans le laboratoire. Des échantillons en quantités égales (2 g) de feuilles vertes, jaunes et sèches et de branches fraîches et sèches sont extraits du groupe et moulus dans des mortiers séparés avec une même quantité d alcool (25 ml). De longues bandes de papier filtre sont trempés dans la solution qui s est formée et laissées pendant 15 à 20 minutes. Pendant cette période et à la fin, les élèves observent le changements sur les papier filtres et prennent des notes. L expérience est illustrée ci-après (illustration 3). Illustration 3 : Installation de l expérience 3. Évaluation Au fil du temps, la solution des feuilles vertes devient jaune, verte puis orange sur le papier filtre. La solution des feuilles jaunes est moins verte que celle des feuilles vertes, mais d un jaune et d un orange plus accentués. Enfin, la solution des feuilles sèches ne subit aucun changement de couleur. Les branches fraîches, quant à elles, ont une couleur verte et les branches sèches aucune couleur. Alors que les élèves affirmaient avant l activité que la chlorophylle était présente uniquement dans les feuilles vertes des plantes, à la fin de l expérience ils ont pu détecter la chlorophylle dans les branches aux tons bruns. Cela leur a permis d éliminer l idée fausse selon laquelle les arbres qui perdent leurs feuilles ne contiennent pas de chlorophylle. Ils ont ainsi eu l occasion de montrer, dans l environnement du laboratoire, comment un arbre qui avait perdu ses feuilles pouvait rester vivant. L expérience a également démenti l hypothèse selon laquelle la photosynthèse ne se produirait que dans les plantes vertes. Ce nouveau savoir implique que la photosynthèse a lieu en présence de chlorophylle. Par conséquent, puisque les feuilles jaunes et les branches fraîches contenaient de la chlorophylle, elles peuvent aussi subir la photosynthèse. par le froid. Grâce à l éducation scientifique qui permet une intégration avec la nature, les élèves peuvent avoir une relation plus positive avec le savoir scientifique et ont une opportunité de mieux apprendre. Cette activité sur le thème «L hiver arrive sur le campus» peut aider à augmenter les compétences d observation des enfants et à expliquer l interaction de la lumière avec la chlorophylle par l observation, dans le cadre d une expérience de laboratoire. Le concept de photosynthèse, sujet de biologie, a été traité par une approche intégrée associant la géographie (l axe du globe, les phénomènes naturels), la chimie (la méthode de séparation des structures moléculaires), la physique (l interaction entre lumière et matière) et les beaux-arts (l harmonie des couleurs des plantes au changement de saison). En résumé, le projet incite les élèves à adopter une perspective intégrée des sciences et leur donne une occasion d intérioriser leurs expériences dans la nature et dans le laboratoire, et de les incorporer dans leur propre vie. La question soulevée par l expérience de savoir comment la lumière et la chlorophylle interagissent pour provoquer les changements physiologiques que subissent les plantes au changement de saison est expliquée dans la réponse à la question «Comment les arbres qui perdent leurs feuilles se nourrissent en hiver?». Le fait que les arbres perdent leurs feuilles en hiver est une méthode d adaptation qui garantit que les plantes seront moins affectées
Expérience n 1 : les couleurs de la nature Matériel : des quantités égales de feuilles vertes, jaunes et sèches (2 g), 25 ml d alcool pour chaque mortier, trois mortiers, trois papiers filtres - Place des quantités égales de feuilles vertes, jaunes et sèches dans chacun des trois mortiers ; - Verse 25 ml d alcool dans chaque mortier ; - Réduit les feuilles en poudre pour en faire un extrait ; - Plonge un papier filtre dans chaque extrait. Quelle(s) couleur(s) apparaîtra/ont sur les trois papiers filtres? Avant de faire l expérience, fais une prévision. Filtre 1 : feuilles vertes Filtre 2 : feuilles jaunes Filtre 3 : feuilles sèches Quelle(s) couleur(s) est/sont apparue(e) sur les trois papiers filtres? Écris tes observations. Filtre 1 : feuilles vertes Filtre 2 : feuilles jaunes Filtre 3 : feuilles sèches Qu as-tu découvert grâce à cette expérience? Explique en comparant tes prévisions et tes observations.
Expérience n 2 : les couleurs de la nature Matériel : des quantités égales de branches fraîches et sèches (2 g), 25 ml d alcool pour chaque mortier, deux mortiers, trois papiers filtres - Place des quantités égales de branches fraîches et sèches dans chacun des mortiers ; - Verse 25 ml d alcool dans chaque mortier ; - Réduit les feuilles en poudre pour en faire un extrait ; - Plonge un papier filtre dans chaque extrait. Quelle(s) couleur(s) apparaîtra/ont sur les trois papiers filtres? Avant de faire l expérience, fais une prévision. Filtre 1 : branches fraîches Filtre 2 : branches sèches Quelle(s) couleur(s) est/sont apparue(e) sur les deux papiers filtres? Écris tes observations. Filtre 1 : branches fraîches Filtre 2 : branches sèches Qu as-tu découvert grâce à cette expérience? Explique en comparant tes prévisions et tes observations.